JP3101314B2 - 制振装置 - Google Patents

制振装置

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JP3101314B2 JP02281574A JP28157490A JP3101314B2 JP 3101314 B2 JP3101314 B2 JP 3101314B2 JP 02281574 A JP02281574 A JP 02281574A JP 28157490 A JP28157490 A JP 28157490A JP 3101314 B2 JP3101314 B2 JP 3101314B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は制振装置に係り、特に制振装置の振動が振動
体へ伝達しないよう構成した制振装置に関する。
従来の技術 例えばビル等の構造物においては地震あるいは風圧等
により振動が発生した場合、振動を制振するための制振
装置がビル屋上等に設けられている。この種の制振装置
では、主にビルの質量に応じた所定の重量を有する付加
質量を、ビルの振動状態に応じて変位させてビルで発生
した振動を制振する構成が採用されている。
付加質量はビル屋上に固定された装置本体に摺動自在
に設けられ、サーボモータ等のアクチュエータの駆動力
が伝達されて振動を減衰する方向に移動する。
発明が解決しようとする課題 しかるに、従来の制振装置では装置本体が直接ビルの
屋上に固定されているため、付加質量を移動させるため
のアクチュエータあるいは付加質量に駆動力を伝達する
ための伝達機構で発生した高周波振動がビルに伝わりや
すく、ビル内の居住者に不快感を与えてしまうといった
課題がある。
そこで、本発明は上記課題を解決した制振装置を提供
することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、振動する振動体上に設置された装置本体内
に、変位可能な所定の重量を有する付加質量と該付加質
量を変位させる駆動手段とを設け、 該付加質量の変位により該振動体の振動を制振する制
振装置において、 前記装置本体の底部と前記振動体の上面との間に設け
られ前記装置本体からの振動を吸収する防振部材と、 前記装置本体が前記付加質量の変位方向と直交する向
きへ変位することを許容するとともに前記付加質量の変
位による慣性力を前記振動体に伝達するよう前記装置本
体の前記付加質量の変位方向側の側面と、該側面に対向
する振動体の側面との間に設けられた伝達部材と、 を具備してなる。
作用 本発明によれば、装置本体の底部と振動体の上面との
間に設けられた防振部材により装置本体からの振動を吸
収して装置本体からの振動を遮断でき、且つ装置本体の
付加質量の変位方向側の側面と、これに対向する振動体
の側面との間に設けられた伝達部材により装置本体が付
加質量の変位方向と直交する向きへ変位することを許容
するため、装置本体からの振動を遮断した状態で振動体
の振動を制振することができるとともに、制振装置で生
じた振動が振動体に伝達することを防止することができ
る。
実施例 第1図及び第2図に本発明になる制振装置の一実施例
を示す。
両図中、制振装置1はビル(振動体)2の屋上2aに設
置されている。このビル2は12階建てであり、正面の横
幅に対して側面の奥行きが小さいタワー構造の如く建設
されている。ビル2の例えば3,6,9,12階の各フロアには
床面あるいは柱等の振動の状態を検出する振動状態検知
センサ3(31,32,33…)が設けられており、ビル2の地
下には地震を検出する地震センサ4が埋設されている。
又、ビル2の屋上には風速風向計5が設置されている。
尚、振動状態検知センサ3は、ビル2が振動したとき
の変位を検知する変位センサでも良いし、あるいは振動
発生時の速度を検知する速度センサ、あるいは加速度を
検知する加速度センサ等が考えられる。
第1図に示すビル2は例えば地震が発生した場合ある
いは風圧が作用した場合奥行の小さい幅狭方向(X方
向)に振動が発生しやすい構造となっている。そのため
第2図に示す制振装置1はX方向に発生する振動を制御
するように設置されている。この制御装置1は概略、付
加質量6にボールねじ機構7を設け、ACサーボモータ8
の回転駆動力をボールねじ機構7に伝達して付加質量6
をX方向に摺動させる構成となっている。
第1図において、ビル2が地震発生により振動する
と、各振動状態検知センサ31〜34及び地震センサ4から
の検出信号はA/D変換器9に入力され、デジタル信号に
変換される。A/D変換器9からの信号が入力される演算
装置10には、風速風向計5からの計測信号及びACサーボ
モータ8に内蔵された回転検出器(図示せず)から回転
検出信号も供給されており、振動状態検知センサ31
34、地震センサ4、風速風向計5等からの信号により振
動状態が演算され、その演算結果に基づいて付加質量6
の変位方向、変位量、変位速度、加速度等を算出するプ
ログラムが入力されている。そして、演算装置10内に接
続されたサーボコントローラ11は演算装置10からの指令
によりACサーボモータ8に駆動電流を供給する。
ここで、本発明の要部である制御装置1について詳述
する。
制御装置1の装置本体(以下単に本体という)1aは第
2図及び第3図に示す如くビル2の屋上2aに設けられた
コンクリート製の取付凹部2b内に設置されている。又本
体1aの下面1bと取付凹部2b上面との間には複数(第2図
では3個のみ示す)の防振部材12(121〜12n)が介在し
ている。この防振部材12は例えば制振装置1で発生した
振動を吸収するよう弾性を有したゴム製であり、上、下
のベース部が夫々本体1a,取付凹部2bに固着されてい
る。
又、本体1aの側面1c,1dと取付凹部2b側面内壁との間
には積層ゴム部材(伝達部材)13,14が介在している。
この積層ゴム部材13,14は表面にゴムが被覆された金
属板と、円板状のゴム板とを交互に複数枚積重してな
り、これ等を一体的に保持する構成となっている。そし
て、積層ゴム部材13,14は弾性的なそのせん断力により
振動を減衰する構造であり、本体1aが上、下方向に変位
することを許容しうる向きで、両端のベースが本体1aの
側面1c,1dと取付凹部2b内壁に固着されている。
即ち、積層ゴム部材13,14は付加質量6が変位する方
向の力をその剛性により取付凹部2b内壁に伝達するが、
本体1aが上、下方向に変位するとき取付凹部2bに対する
相対変位を許容するとともに上記せん断力により上、下
方向の振動を吸収する。
本体1aの内部には付加質量6が変位可能に挿入される
凹部1eが形成されている。付加質量6は第3図に示すよ
うにT字状の断面形状とされており、その下部6aが凹部
1eに挿入されると共に両側の腕部6b,6cは凹部1eの周縁
の上面1fに対向するように張り出している。そして、付
加質量6の腕部6b,6cと本体1aの上面1fとの間にはリニ
アベアリング15a,15bが設けられている。
従って、付加質量6の重量は両側のリニアベアリング
15a,15bにより支持されるため、前述のボールねじ機構
7には付加質量6の重量がほとんど付与されない。
又、本体1aの凹部1eには前記ACサーボモータ8が固定
されており、その出力軸8aは第4図に示す如くカップリ
ング16を介してボールねじ機構7に螺入するおねじ17に
結合されている。おねじ17は一端が凹部1eの底面1gに固
定された第1の軸受部18に軸承され、付加質量6を貫通
して延在する他端が第2の軸受部19に軸承されている。
第4図に示す如く、第1の軸受部18は、本体1aの底面
1gに固定されたハウジング18aと、ハウジング18a内に嵌
合するアンギュラコンタクト玉軸受20,21と、アンギュ
ラコンタクト玉軸受20,21を保持するストッパ18bとより
なる。
アンギュラコンタクト玉軸受20,21の内輪20a,21aはお
ねじ17の嵌合部17aに嵌合し、外輪20b,21bはハンギング
18aの孔18a1内に嵌合している。尚、内輪20a,21aはおね
じ17の段部17bとワッシャ22との間で、おねじ17のねじ
部17cに螺合するナット23の締付けによりおねじ17に固
定されている。
上記アンギュラコンタクト玉軸受20,21はラジアル方
向だけでなくスラスト方向(X方向)の荷重に耐えられ
る構造となっている。即ち、第4図中、左側のアンギュ
ラコンタクト玉軸受20はX2方向の荷重を受けることがで
き、右側のアンギュラコンタクト玉軸受21はX1方向の荷
重を受けることができる。これは、付加質量6がX1,X2
方向に駆動される際におねじ17に付加質量6の移動方向
と逆向きの力が作用するためである。
尚、第2の軸受部19は上記第1の軸受部18と同様な構
成としても良いし、あるいはスラスト荷重を受けない通
常のラジアル軸受によりおねじ17の端部を軸承するよう
にしても良い。
第5図に示す如く、付加質量6に設けられたボールね
じ機構7は、付加質量6の取付部6dに保持されたナット
7aと、ナット7aの螺旋溝7a1とおねじ17の螺旋溝17dとの
空間に嵌入するボール7bとよりなる。ボールねじ機構7
におねじ17の回転がボール7bのころがり摩擦を介してナ
ット7aに伝達されるため、伝達効率が他の伝達手段より
も高く、ACサーボモータ8の回転駆動力を伝達ロスの少
ない状態で付加質量6に伝達できる。
ここで、上記構成になる制振装置1の動作について説
明する。
例えば地震発生又は風圧の作用によりビル2がX方向
に振動した場合、ビル2の各階では夫々異なる変位量、
加速度の振動が発生する。このような、ビル2の振動は
各振動状態検知センサ31〜34により検出され、さらに地
震センサ4,風速風圧計5からの信号に基づいて付加質量
6の変位方向、変位量、速度、加速度等が演算装置10に
より算出される。サーボコントローラ11は演算装置10か
らの指令によりACサーボモータ8に駆動電流を供給す
る。
ACサーボモータ8には常時微弱電流が通電されてスタ
ンバイ状態にあるので、ACサーボモータ8は駆動電流の
供給と同時におねじ17を回転駆動する。尚、微弱電流に
よるエネルギ消費はわずかであるので無駄が少ない。
おねじ17が回転すると、その回転力はボールねじ機構
7に伝達され、さらに前述の如く効率良く、付加質量6
の変位に変換される。付加質量6はビル2の質量に応じ
た相当な質量を有するものの、リニアベアリング14,15
により支持されているので始動時の負荷が軽減されてい
る。
従って、付加質量6はサーボコントローラ11からの駆
動電流供給に対して、応答性良くX方向に摺動すること
ができる。これにより、ビル2で発生した振動は付加質
量6の変位により制振される。しかも、上記制振装置1
においては、付加質量6が比較的軽い力で駆動できるの
で周波数の高い振動も良好に制振することができる。
このように、付加質量6がX方向に摺動する際、付加
質量6を駆動するACサーボモータ8及びボールねじ機構
7等の駆動伝達機構において振動が生じやすく、これら
の振動が本体1aに伝達される。このように、本体1aから
発生した振動はおよそ50Hz以上の高周波振動であるのに
対し、付加質量6により制振するビル2の振動数は最大
でも10Hz程度であり、装置本体1aからの振動数に比べる
と非常に低い振動数である。積層ゴム部材13,14はこの
振動数の差を利用して、高周波振動のみを吸収するよう
に設けられている。即ち、付加質量6が摺動したときの
X方向の慣性力は積層部材13,14を介して取付凹部2bの
内壁に伝達され、従来と同様な制振効果が得られる。し
かしながら、ACサーボモータ8及びボールねじ機構7等
により発生した高周波振動は防振部材12及び積層ゴム部
材13,14の弾性により吸収される。
例えば本体1aに上、下方向の振動が生じたとき、積層
部材13,14は本体1aの上、下動を許容し、上下方向の振
動は防振部材12の弾性及び積層ゴム部材13,14のせん断
力により吸収される。又、上、下方向以外のX方向と直
交する方向の振動が生じた場合も、同様に吸収される。
そのため、本体1aからの振動はビル2に伝達されず、
付加質量6を移動させる際ビル2の居住者に不快感を与
えることがない。
尚、上記実施例では本体1aの底部にゴム製の防振部材
を設けたが、これに限らず、例えばエアダンパ等の緩衝
部材を設けるようにしても良いのは勿論である。
又、上記実施例では本体1aの側面1c,1dに積層ゴム部
材13,14を設けたが、これに限らず、付加質量6の摺動
方向へは剛体として作用し、摺動方向と直交する方向に
は本体1aの動きを許容する構成のものであれば他の部材
を用いても良い。
又、上記実施例ではボールねじ機構7を介して付加質
量6を移動させたが、別の駆動機構により付加質量6を
移動させるようにしても良いのは言うまでもない。
発明の効果 上述の如く本発明になる制振装置は、装置本体の底部
と振動体の上面との間に設けられた防振部材により装置
本体からの振動を吸収して装置本体からの振動を遮断で
き、且つ装置本体の付加質量の変位方向側の側面と、こ
れに対向する振動体の側面との間に設けられた伝達部材
により装置本体が付加質量の変位方向と直交する向きへ
変位することを許容するため、付加質量を摺動させて振
動体の振動を制振する際に、例えば付加質量を駆動する
駆動系において発生した高周波振動が装置本体に伝達さ
れても、装置本体と振動体との間に設けられた防振部材
により吸収され振動体に高周波振動が伝達されることを
防止でき、居住者の不快感を解消することができる。し
かも、付加質量の摺動による慣性力が伝達部材を介して
振動体に伝達されるので、振動体の振動を良好に制振す
ることができる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる制振装置の一実施例がビルに設置
された状態を示す概略図、第2図は制振装置の正面図、
第3図は制振装置の縦断面図、第4図はおねじを軸承す
る軸受部の縦断面図、第5図は付加質量に設けられたボ
ールねじ機構の縦断面図である。 1……制振装置、2……ビル、31〜34……振動状態検知
センサ、4……地震センサ、6……付加質量、7……ボ
ールねじ機構、8……ACサーボモータ、11……サーボコ
ントローラ、12……防振部材、13,14……積層ゴム部
材、15a,15b……リニアベアリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 呉服 義博 神奈川県川崎市川崎区富士見1丁目6番 3号 トキコ株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−80477(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16F 15/02 E04H 9/02 341

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】振動する振動体上に設置された装置本体内
    に、変位可能な所定の重量を有する付加質量と該付加質
    量を変位させる駆動手段とを設け、 該付加質量の変位により該振動体の振動を制振する制振
    装置において、 前記装置本体の底部と前記振動体の上面との間に設けら
    れ前記装置本体からの振動を吸収する防振部材と、 前記装置本体が前記付加質量の変位方向と直交する向き
    へ変位することを許容するとともに前記付加質量の変位
    による慣性力を前記振動体に伝達するよう前記装置本体
    の前記付加質量の変位方向側の側面と、該側面に対向す
    る振動体の側面との間に設けられた伝達部材と、 を具備してなることを特徴とする制振装置。
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